気温変化と大気の気圧変化、そして風の流れ

あくまでも、世の中にある知識を基にした私の推論であることを、予めご了承ください。
事実関係を確認していないので、間違っているかもしれません。

今回のお話は、以下で紹介するお話の続きとなります。
１．水を利用した熱による膨張と冷却による収縮、そして水素の特徴を分析

私たちが住む地球上では、重い水、それよりも軽い対流圏の大気、更に軽い成層圏の大気等、層があります。

重い水へ軽い対流圏の大気を沈めようとすると、大きな力を必要とします。
対流圏の大気へ重い水を持ち上げようとすると、同じく大きな力を必要とします。

未確認ですが、対流圏の大気へ軽い成層圏の大気を沈めようとすると、やはり力を必要とします。
軽い成層圏の大気へ対流圏の大気を持ち上げようとすると、やはり力を必要とします。

成層圏と対流圏の間で必要とする力は、水と空気間で必要とする力ほど大きくはないでしょう。

水と水、対流圏の大気と対流圏の大気、成層圏の大気と成層圏大気の様に、物質の性質が同じ場合、暖かい物質は上昇、冷たい物質は下降します。
例えば、冷たい水は下降し、温かい水は上昇します。

例えば、対流圏上空の大気が極端に冷えるとどうなるでしょう？

この冷えた重い空気は下降しようとします。
図で表すと狭い範囲に思えますが、横×奥行き×高さの空気が下降しようとします。

成層圏には、対流圏よりも軽い大気がありますので、空気を水の中へ沈めるように、大きな力が必要です。
その為、対流圏海面（黄色い所）の空気が引っ張られます。
これにより、黄色い部分は低気圧となります。

例えば、地上付近の大気が極端に冷えるとどうなるでしょう？

この大気の下には海や大地があります。
空気より重い物質があるため、冷えた重い大気が下降することは無いでしょう。

ただし、この冷たく重い空気は、重い空気より下にある物質へ対して負担をかけます。
つまり、この重い空気による圧力を下にある物質が受けるということになります。
その為、高気圧となります。

では、上空の大気が暖められるとどうなるでしょう？

暖かい空気の下には、それよりも冷えた重い空気がありますので、上昇しようとします。
暖められた空気は膨張します。
膨張により、比較的軽い大気が有る成層圏側へ膨らもうとします。
膨張すると、膨らんだところの圧力が下へかかります。
成層圏側へ張り出た大気が重石となるのです。

力を表すと、矢印のようになります。

すると、大気は高気圧になります。

次は、海面付近の大気を温めてみましょう。

海面付近で温められた空気は水蒸気を含み、上空の空気よりも比重が軽くなりますから上昇しようとします。
上昇するとき、大地や海といった重い物質を持ち上げようとしますが、重いので持ち上がりません。

この時、重い物質を持ち上げることが出来ず、大気が引っ張られて気圧が下がります。

すると、黄色い部分は低気圧になります。

この現象は、水、対流圏の大気、成層圏の大気、それより上でもで同じように働くのではないかと思います。
温度が変わることで、この様に気圧が変化します。

まず、冷たい大気について説明したいと思います。
同じ冷たい気体でも寒暖差があります。
比較して冷たい方が重く気圧が高い。
比較して冷たくない方が軽く気圧が低い。
これは、空気中の気体が冷め、液体、もしくは固体化しようとすることにより、重量がますことが理由ではないかと考えられます。

これらは地球の自転により回転し、遠心力により中心から外へ力が働きます。

重い気体と軽い気体が同じように回転していたとして、重い気体は軽い気体に力で勝り、軽い気体の下へ重い気体が流れます。

軽い気体下部では、流れてきた重い気体が地上の熱により温められ、上空の方が気温が低いでしょうから、この暖められた空気が上昇します。
軽い気体上部では、上空の方が気温が低いでしょから、暖められた気体が冷め、重い気体側で失われた大気を補うように風が流れます。
重い気体上部では、上空よりも地上付近の方が暖かいでしょうから、軽い気体から流れてきた冷たい風が下降します。

これのように対流が生まれるのではないかと思います。

では、冷たい大気が上空にある場合、どの様に力が働くのでしょう？

上空で大気の温度が下がったとして、相対的に冷たい側は重い気体であり、比較的暖かい側は軽い気体となります。
この大気は下にある空気より重いので下降しようとします。
黄色い部分では、成層圏の軽い大気が対流圏へ引っ張られるわけですから、低気圧になります。

気圧が低くなると、地球の自転により反時計回りの渦が出来ます。

渦の遠心力により、渦の中心から外へ力が働き、空気が流れるようになります。

対流圏海面では、上空の方が低温でしょうから、軽い気体上部では重く冷たい空気が下降します。
軽い気体下部では、重い気体側で失われた大気を補うように風が流れます。
重い気体下部では、比較的暖かい下部の空気が上部の低気圧に吸い込まれるように上昇します。

これは、冷たい大気でのみ起こり得る現象だと思います。

雲などにより上空で大気の温度が上がったとします。

雲は日射により熱せられ、雲付近から徐々に膨張し高圧力になります。
膨張した空気は、周囲へ流れようとします。

とても高圧力の大気の方が、高圧力の大気よりも力強く膨張するため、高圧力の大気は力負けします。
その為、とても高圧力の大気から高圧力の大気へ風が流れます。

低圧力の大気下部では、暖かい空気が流入したことにより、暖かく軽い空気が上昇しようとします。
低圧力の大気上部では、暖かい空気が冷め、失われた大気を補うように高圧力の大気側へ流れていきます。
高圧力の大気上部では、上空の方が低温ですから、冷めた空気が下降します。

今度は、熱帯で海面が日射により暖められた場合を考えましょう。

密度が高い海水が温められると、暖かい水蒸気が発生します。
水蒸気を含んだ暖かい空気は軽く、勢いよく上昇します。
すると、地上付近の気圧が低下します。

とても暖かい海水と暖かい海水で上昇気流が発生したとして、とても暖かい海水の方が、より強い上昇気流になるでしょう。
すると、とても暖かい海水で失われた空気を、暖かい海水側にある空気で補わなければ空気が無くなります。(^^)

その為、暖かい海水上部から、とても暖かい海水上部へ空気が流れます。
とても暖かい海水で発生した水蒸気を含む空気は、そのまま対流圏権海面へ上昇しようとするでしょうが、上空で気圧が低下し水を排出。
その後、水蒸気を輩出して重くなった空気は、暖かい海水上部へ流れ下降します。

このように、対流が起こっているのではないかと思います。

水分を多く保有する植物の多い土地では植物が水分を多く溜め込んでいるので、日射により水蒸気が発生します。
日射の強い地域では、地上の空気が暖められ膨張し気圧が増します。
膨張した場合、気圧の低いほうへ空気は流れますので、気圧の低いほうでは暖められた水蒸気を含む空気による上昇気流が起こります。

上昇した空気は、気圧が低下することで水を排出し、乾いた空気が地上へ下降します。

＃空気により膨張する力の方が、水蒸気による上昇気流よりも強いとみています。

水分を多く含まない土地では、日射により暖められた地上付近から大気が膨張します。
草木が無く水分をあまり持たない大地では、日射による水蒸気が発生しません。
その為、膨張による力が上昇気流による力に勝ります。

膨張による横への強い力が働くので、とても高圧力の大気の方が膨張する力が強いでしょうから、高圧力の大気より力で勝ります。
すると、とても高圧力の大気から高圧力の大気へ風が流れます。

高圧力の大気下部では、地上付近により暖められた暖かい空気が入り込んできたことにより、軽く暖かい空気が上昇し、上昇気流が生まれます。
高圧力の大気上部では、上空の気温は低いでしょうから、上空で空気が冷め、失われた風を補うようにとても高圧力の大気上部へ流れていきます。
とても高圧力の大気上部では、上空で冷えた冷たい風が下降します。

以上、熱による力のかかり方、風の流れ方を分析してみました。
限られた情報からの推論ですし、事実関係を確認していません。

間違いがあるでしょう。(^^;

ちなみに、以前「赤道の構造」を公開したのですが、極の説明が適当でしたので、一から考え直そうと思います。